采后熱空氣處理對枇杷果實抗病性的誘導

王華東，王慧倩，鄭 聰，王 靜，鄭永華*

采后熱空氣處理對枇杷果實抗病性的誘導

王華東，王慧倩，鄭 聰，王 靜，鄭永華*

（南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095）

研究熱空氣處理對枇杷果實腐爛和抗病相關酶活性及基因表達的影響。枇杷果實先用43 ℃熱空氣處理3 h，然后接種炭疽病菌，接種后的果實置于20 ℃條件下貯藏8 d。結果表明，熱空氣處理有效降低了枇杷果實的自然發(fā)病率，顯著抑制了接種枇杷果實病斑直徑的擴展，誘導了果實中幾丁質酶、β-1,3-葡聚糖酶、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和多酚氧化酶（PPO）等抗病相關酶活性的增強。熱空氣處理還可顯著誘導接種枇杷果實PAL、PPO、過氧化物酶和熱激蛋白基因的表達。同時，熱空氣處理對枇杷果實的硬度、可滴定酸和可溶性固形物含量等品質指標沒有顯著影響，但促進了類胡蘿卜素的積累。以上結果表明，熱空氣處理可通過誘導抗病相關基因的表達和抗病相關酶活性的上升，提高枇杷果實的抗病能力。

枇杷果實；熱空氣處理；刺傷接種；誘導抗病性

枇杷是我國亞熱帶特產水果，果實營養(yǎng)豐富，酸甜可口，柔軟多汁，風味獨特，深受消費者喜愛。但由于枇杷成熟期在初夏高溫季節(jié)，采后衰老變質迅速，不耐遠運和貯藏，果實采后損失率極高[1]。炭疽病菌是引起枇杷果實采后腐爛的主要病原菌，如何防止枇杷在貯運過程中受到病原菌的侵染，減少采后腐爛損失，是枇杷市場供應中迫切需要解決的一個重要問題[2]。目前對枇杷果實采后病害的防治主要采用一些化學防腐劑，但隨著人們對食品安全和環(huán)保的重視，化學殺菌劑的應用日益受到限制。近年來，利用各種物理、化學或生物的方法誘導提高抗病性從而減輕腐爛的發(fā)生，已成為果蔬采后病害控制的發(fā)展方向[3-4]。

果蔬貯前熱處理一般是指用35～60 ℃的熱空氣、熱蒸汽或熱水對產品進行短期處理，它能有效控制果蔬病蟲害，減輕冷害，延緩衰老和改善品質，從而保持果蔬的商品性[5]。已有研究表明，熱處理除了能直接抑制病原菌的生長外，還能誘導提高采后果蔬的抗病性，減輕檸檬[6]、葡萄柚[7]、香蕉[8]和楊梅[9]等多種果實采后病害的發(fā)生。在枇杷果實上的研究發(fā)現(xiàn)，熱空氣處理可以顯著減輕枇杷果實冷害的發(fā)生[10-11]，但熱空氣處理對枇杷果實腐爛的控制作用及其與抗病相關酶基因表達的關系尚未見報道。為此，本實驗室前期采用響應曲面法優(yōu)化了枇杷果實熱空氣處理的條件，發(fā)現(xiàn)43 ℃熱空氣處理3 h對枇杷果實采后腐爛的抑制效果最佳。本實驗主要研究熱空氣處理對枇杷果實自然腐爛和接種炭疽病菌果實病斑擴展的影響，并分析枇杷果實抗病相關酶活性及其基因表達，以期從誘導抗病的角度探討熱空氣處理抑制枇杷果實采后病害的可能機理，為熱空氣處理在枇杷果實采后保鮮中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

供試的枇杷果實品種為‘解放鐘’（Eriobotrya japonica Lindl. cv. Jiefangzhong），于2013年4月下旬采摘于福建，選擇大小、成熟度基本相同，果形端正，無病蟲害，無機械傷害的果實，隨機分為4 組進行以下處理：1）不經過任何處理，20 ℃恒溫放置3 h，作為對照；2）43 ℃熱空氣處理3 h；3）20 ℃恒溫放置3 h后刺傷接種炭疽病菌；4）43 ℃熱空氣處理3 h后刺傷接種炭疽病菌。需要接菌的3）、4）組果實先用75%酒精擦拭果實表面進行消毒，然后用滅菌鐵釘在果實赤道部位等距離垂直刺孔2 個（深4 mm，直徑3 mm），傷口晾干后用微量移液器向每孔中注入10 μL炭疽孢子懸浮液（1×105個/ mL），自然晾干。將各處理組果實用塑料盒（20 cm×12 cm×8 cm）分裝，每盒15個果實，塑料盒外套0.01 mm厚聚乙烯保鮮袋保濕。隨后將果實置于（20±1） ℃，相對濕度90%～95%的恒溫箱中貯藏8 d。每2 d觀察果實發(fā)病率和病斑直徑，同時取10 個果實果肉組織100 g，用液氮速凍并于-20 ℃保存用于測定各項指標。每個處理共120 個果實，重復3 次。

炭疽病菌（Colletotrichum acutatum）分離自腐爛的枇杷果實，經本課題組鑒定和回接實驗后，重新從發(fā)病的枇杷果實病健交界處再次分離純化，挑取單孢將菌種擴大培養(yǎng)（培養(yǎng)溫度25 ℃），純化好的菌種于PDA斜面上4 ℃培養(yǎng)。接種前，將斜面菌種接于平板PDA上25 ℃活化14 d，然后用無菌水將菌種配成1×105個/ mL的孢子懸浮液（血球計數(shù)板計數(shù)），隨配隨用。

1.2 試劑與儀器

β-巰基乙醇 上海凌峰化學試劑有限公司；愈創(chuàng)木酚、昆布多糖 國藥集團化學試劑有限公司；濃鹽酸南京化學試劑有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉 西隴化工股份有限公司；Tris、亞精氨 美國Sigma公司；乙腈國產色譜純；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、無水乙醇、氯仿、硝酸鋁、丙酮、醋酸、醋酸鈉均為國產分析純。

便攜式糖度計 日本Atago公司；硬度計 杭州圖譜儀器有限公司；GL-20G-H型冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；UV-1600型分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；FA1104N電子天平 上海精密科學儀器有限公司；1100型高效液相色譜 美國安捷倫公司；RE-52A型旋轉蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；DYY-11型電泳儀 北京六一儀器廠；My Cycler PCR儀 美國Bio-Rad公司。

1.3 方法

1.3.1 果實發(fā)病率和病斑直徑的測定

果實發(fā)病率/%=發(fā)病果實個數(shù)/果實總數(shù)×100

接種枇杷果實的病斑直徑大小用游標卡尺直接量出。將枇杷果實接種處直徑大于初始病斑（1mm）的炭疽病斑記為發(fā)病。

1.3.2 抗病相關酶活性的測定

苯丙氨酸解氨酶（L-phenylalanin ammo-nialyase，PAL）活性的測定：參考Zucker[12]的方法進行，在290 nm波長處測定反應前后吸光度（A），將酶促反應體系每小時增加0.01吸光度定義為1個酶活力單位（U），結果以U/mg pro表示；幾丁質酶活性的測定：參考Abeles等[13]的方法進行，以每分鐘增加0.001個光密度所需要的酶量為1個幾丁質酶活力單位（U），結果以U/mg pro表示；β-1,3-葡聚糖酶活性的測定：參考Abeles等[13]的方法進行，以每小時生成1mg葡萄糖為1個β-1,3-葡聚糖酶活力單位（U），結果以U/mg pro表示；多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的測定：參照Fan Qing等[14]的方法進行，以每分鐘反應液在410 nm波長處吸光度變化0.01為1 個活力單位（U），結果以U/mg pro表示；抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性的測定：參照Vicente等[15]的方法進行，以每分鐘反應液在290 nm波長處吸光度變化0.001為1 個酶活力單位（U），結果均以U/mg pro表示；過氧化氫（H2O2）含量的測定：參照Patterson[16]的方法進行，結果以nmol/g表示，以鮮質量計。

1.3.3 果實硬度、可溶性固形物、可滴定酸含量的測定

硬度的測定：將果實去皮去核后，用FT-011型果實硬度計在果實的赤道部位進行硬度測定，每個處理測10 個果實；可溶性固形物含量的測定：用手持阿貝折光儀測定果實可溶性固形物含量；可滴定酸含量的測定：以酸堿滴定法測定可滴定酸含量，結果以蘋果酸百分數(shù)表示。

1.3.4 類胡蘿卜素、總黃酮含量的測定

類胡蘿卜素含量的測定：參照Lichtenthaler等[17]的方法測定，結果以μg/g來表示，以鮮質量計。總黃酮含量的測定：參照Toor等[18]的方法，結果以μg蘆丁/g來表示。

1.3.5 總RNA的提取和半定量聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）

運用RT-PCR方法研究枇杷果實抗病相關基因的表達，包括PAL1、熱激蛋白（heat shock protein，HSP70）、PPO、過氧化物酶（peroxidase，POD）。參照Song Huwei等[19]的方法分別于各處理結束后0、4、8、12 h提取枇杷果實的總RNA。參照Wang Xiaoli等[20]的方法進行基因相對表達量的實時半定量PCR檢測。引物序列見表1。

表1 枇杷抗病相關基因引物Table 1 Primers for the defense-related genes in loquat fruit

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

運用Excel 2007軟件處理分析所有數(shù)據(jù)，計算標準偏差并制圖。利用鄧肯多重比較法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 熱空氣處理對枇杷果實自然發(fā)病率和接種果實病斑直徑的影響

圖1 熱空氣處理對枇杷果實自然發(fā)病率（A）和接種果實病斑直徑（B）的影響Fig.1 Effects of hot air treatment on natural disease incidence (A) and lesion diameter (B) in loquat fruit

如圖1所示，隨著貯藏時間延長，枇杷果實的自然發(fā)病率呈不斷上升趨勢，熱空氣處理能顯著抑制枇杷果實的自然發(fā)病。在20 ℃條件下貯藏8 d后，熱空氣處理組果實的自然發(fā)病率僅是對照組的31.7%，顯著低于對照果實（P＜0.05）。枇杷果實經刺傷接種后，病斑直徑隨著貯藏時間的延長迅速增大，但熱空氣處理組果實的病斑直徑都顯著小于只接種的處理組（P＜0.05），如在接種處理后的第4天和第6天，熱空氣處理＋接種組病斑直徑分別比接種組小22.3%和18.7%。

2.2 熱空氣處理對枇杷果實幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶活性的影響

圖2 熱空氣處理對枇杷果實幾丁質酶（A）和β--1,3-葡聚糖酶（B）活性的影響Fig.2 Effects of hot air treatment on chitinase (A) and β-1,3-glucanase (B) activities in loquat fruit

從圖2可見，枇杷果實在貯藏期間幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶活性總體上呈上升趨勢。熱空氣處理組果實中幾丁質酶活性在第4天開始顯著提高，且在貯藏后期保持穩(wěn)定的高活性。和對照相比，熱空氣處理＋接種組果實中幾丁質酶活性在貯藏第2天為對照的1.1倍，在第6天時與對照組差異最為顯著，較對照組高出21.67%。接種組β-1,3-葡聚糖酶活性的變化趨勢同對照組一致，但其活性高于對照組。熱空氣處理明顯誘導了β-1,3-葡聚糖酶的活性，在貯藏第4天，熱空氣處理組和熱空氣處理＋接種組果實的β-1,3-葡聚糖酶活性分別比對照高出16.3%和22.8%。

2.3 熱空氣處理對枇杷果實PAL和PPO活性的影響

圖3 熱空氣處理對枇杷果實PAL（A）和 PPO（B）活性的影響Fig.3 Effect of hot air treatment on PAL (A) and PPO (B) activities in loquat fruit

圖3 顯示在整個貯藏期間，對照組和熱空氣處理組果實的PAL活性呈緩慢上升趨勢，從第4天起熱空氣處理組果實的PAL活性開始顯著高于對照組（P＜0.05），并一直持續(xù)到貯藏末期。接種組和熱空氣處理＋接種組果實的PAL活性先上升后下降，并分別在貯藏第6天和第4天達到峰值，是對照組的1.56 倍和1.31 倍，表明熱空氣處理能明顯誘導枇杷果實PAL活性增強。而PPO活性在貯藏期間緩慢增加，熱空氣處理＋接種處理組果實的PPO活性保持較高水平，貯藏結束時其活性為對照組的1.57 倍。

2.4 熱空氣處理對APX活性和H2O2含量的影響

圖4 熱空氣處理對枇杷果實APX活性（A）和H2O2含量（B）的影響Fig.4 Effects of hot air treatment on APX (A) activity and H2O2(B) content in loquat fruit

如圖4所示，枇杷果實在貯藏過程中APX活性逐漸下降。熱空氣處理和接種均促進了APX活性的下降，使各處理組APX活性顯著低于對照果實（P＜0.05）。在整個貯藏期間H2O2含量呈上升趨勢，熱空氣處理和接種促進了H2O2含量的上升，在貯藏第4天各處理組果實的H2O2含量顯著高于對照果實（P＜0.05），但在貯藏后期熱空氣處理組果實的H2O2含量下降，對照組反而上升。

2.5 熱空氣處理對POD、PPO、PAL1和HSP70基因表達的影響

圖5 熱空氣處理對枇杷果實抗病相關基因表達的影響Fig.5 Effects of hot air treatment on the expression of representative defense-related genes in loquat fruit

如圖5所示，對照和只接種的枇杷果實，HSP70基因基本不表達，熱空氣處理明顯誘導了HSP70基因的表達，特別是熱空氣處理后再接病菌，表達量進一步上升并保持高水平。對照枇杷果實PPO和POD在8 h時有表達，隨后又下降；熱空氣處理和接種病菌都提高了PPO和POD的表達量，熱空氣處理后接種病菌進一步提高了二者的表達量，特別是PPO的表達。對照組枇杷果實中PAL1基因基本不表達，熱空氣處理和接種病菌都促進了PAL1基因表達，熱空氣處理＋接種處理果實PAL1的表達量最多。

2.6 熱空氣處理對枇杷果實品質及營養(yǎng)成分的影響

表2 熱空氣處理對枇杷果實在20 ℃貯藏8 d后品質及營養(yǎng)成分的影響Table 2 Effect of hot air treatment on quality and nutritional parameters of loquat fruit after 8 days of storage at 20 ℃

從表2可以看出，枇杷果實在20 ℃條件下經8 d貯藏后，果實硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量均明顯下降，而胡蘿卜素和總黃酮的含量變化較小。熱空氣處理可延緩果實硬度、可溶性固形物、可滴定酸和總黃酮含量的下降，但與對照相比無顯著差異。熱空氣處理顯著促進了果實中類胡蘿卜素含量的上升（P＜0.05）。總體來說，熱空氣處理對在20 ℃條件下經8 d貯藏后的枇杷果實品質及營養(yǎng)成分沒有顯著影響。

3 討論與結論

誘導抗病性被認為是控制果蔬采后病害的一種重要機制，果蔬在受到多種脅迫時，會利用這種誘導機制增加抗逆物質的積累，將不利的脅迫轉化為對植物有利的因素，增強植物的抗性[21]。熱處理是一種重要的非生物脅迫，在采后果蔬上的研究表明，熱處理可以誘導提高抗病性，從而減輕貯藏病害的發(fā)生[5]。PAL、PPO、幾丁質酶及β-1,3-葡聚糖酶和植物的抗病性密切相關，在抵御病原菌入侵過程中發(fā)揮重要作用。熱處理誘導香蕉果實中PAL和PPO活性的上升，提高果實的抗病性[8]。熱空氣處理顯著誘導提高楊梅果實中幾丁質酶和β-1,3-葡聚糖酶的活性，降低果實綠霉病的發(fā)生[9]。熱空氣處理也顯著誘導了番茄果實POD活性，并抑制了灰霉葡萄孢霉引起的灰霉病[22]。在桃果實上的研究發(fā)現(xiàn)，熱處理可促進幾丁質酶、β-1,3-葡聚糖酶和PAL基因的表達，同時相應提高幾丁質酶、β-1,3-葡聚糖酶和PAL這3 種酶的活性，有效降低果實腐爛率[23]。這些結果表明，熱處理減輕果蔬采后病害的發(fā)生與抗病相關酶活性的提高和抗病基因表達量的增加有關，且抗病基因的表達和對應酶活的提高相對應。在本研究中，熱空氣處理顯著抑制了枇杷果實的自然發(fā)病率和接種枇杷炭疽病病斑直徑的擴展，同時顯著激發(fā)了PAL、PPO、POD和熱激蛋白基因的表達，提高PAL、PPO、幾丁質酶及β-1,3-葡聚糖酶活性。這些結果表明熱空氣處理能誘導提高枇杷果實的抗病性，從而減輕采后病害的發(fā)生。

H2O2是一種重要的活性氧分子，不僅具有直接殺菌作用，還可以作為信號分子參與植物的抗病反應。在病原菌侵染過程中，H2O2可以激活植物體解毒和防御基因的表達，產生各種抗性相關物質來提高自身免疫能力[24]。研究表明，苯并噻重氮處理可以提高桃果實中H2O2的含量，同時抑制青霉病的發(fā)生[25]。采后β-氨基丁酸處理減少芒果果實炭疽病的發(fā)生也與其提高了H2O2的含量有關[26]。植物可以通過調節(jié)SOD、CAT和APX等活性清除酶的活性來控制H2O2的產生，其中APX是直接負責清除H2O2的關鍵酶。茉莉酸甲酯處理提高枇杷果實的抗病性就與其在貯藏前期促進了APX酶活的下降、提高了H2O2的積累有關[2]。本研究中，熱空氣處理顯著抑制了APX活性，從而使處理果實在貯藏前期保持較高的H2O2水平，表明H2O2積累是熱處理誘導枇杷采后抗病的一種重要方式。

果實硬度、可滴定酸和可溶性固形物是果實品質的重要指標。研究表明，熱處理可以延緩草莓果實軟化，促進果實中可滴定酸含量的下降[27]，但對石榴果實可溶性固形物含量和可滴定酸含量沒有顯著影響[28]。本研究中，熱處理能誘導提高枇杷果實的抗病性，減輕果實腐爛的發(fā)生，同時對果實硬度、可滴定酸和可溶性固形物等品質指標無顯著影響。這些結果表明，熱空氣處理在誘導提高枇杷果實抗病的同時，對果實品質沒有產生不良影響，因而在枇杷果實保鮮中具較好的應用前景。

43 ℃熱空氣處理3 h可顯著降低枇杷果實20 ℃貯藏期間自然發(fā)病率和病斑直徑的擴展，同時對果實的硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量等品質指標沒有顯著的不利影響；43 ℃熱空氣處理3 h可通過誘導抗病相關基因的表達和抗病相關酶活性的上升，提高枇杷果實的抗病能力，從而減輕貯藏病害的發(fā)生。

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Induction of Disease Resistances in Loquat Fruit by Postharvest Hot Air Treatment

WANG Hua-dong, WANG Hui-qian, ZHENG Cong, WANG Jing, ZHENG Yong-hua*
(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

The effects of hot air treatment on fruit decay and the activities and gene expression of defense-related enzymes in postharvest loquat fruit were investigated. Freshly harvested loquat fruits were treated with hot air at 43 ℃ for 3 h, challenged by being inoculated with Colletotrichum acutatum, and then stored at 20 ℃ for 8 d. The results showed that the fruit treated with hot air had significantly lower natural disease incidence and smaller lesion diameter than the control fruit did. The hot air treatment remarkably enhanced the activities of phenylalanine ammonia-lyase (PAL), chitinase, β-1,3-glucanase and polyphenol oxidase(PPO). This hot air treatment also induced the expression of defense-related genes encoding PAL, PPO, peroxidase (POD) and heat shock protein (HSP) 70. Meanwhile, this treatment did not significantly affect fruit firmness, titratable acidity and total soluble solids, but enhanced the accumulation of carotenoids. These results suggest that hot air treatment can enhance disease resistance of loquat fruit by inducing the activity and gene expression of defense-related enzymes.

loquat fruit; hot air treatment; challenging inoculation; induced disease resistance

TS255.3

A

1002-6630（2014）16-0227-05

10.7506/spkx1002-6630-201416044

2013-12-20

國家自然科學基金面上項目（31172003）；公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201003073）

王華東（1988—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工與貯藏。E-mail：xiaoxi_320@yeah.net

*通信作者：鄭永華（1963—），男，教授，博士，研究方向為農產品貯藏加工。E-mail：zhengyh@njau.edu.cn